JP2002097025A - 光学素子成形用素材およびこれを用いた光学素子成形方法 - Google Patents

光学素子成形用素材およびこれを用いた光学素子成形方法

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伸浩 山道
Sunao Miyazaki
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形したときに充填不足が起こることが予想
される部分の面取り量を相対的に少なくし、それぞれの
部位に適した面取り量とすることにより、可能な限り、
非光学機能部を小さくすることができる形状に、光学素
子素材を構成すること、また、それを用いることで、高
精度の光学素子を形成する方法を提供する。 【解決手段】 光学素子素材を加熱・軟化し、上型と下
型で押圧して、成形加工する光学素子成形方法において
使用される光学素子素材であって、成形前の光学素子素
材は、その稜部の面取り量(形状)が、光学素子素材を
成形する際の成形型のキャビティにおける所要のガラス
充填度を得るように、予め、シミュレーションによって
得た結果で設定される、部分的変化を持っていることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加熱軟化したガラ
スから成形型の押圧によって成形されるガラスモールド
法において、量産性に優れ、形状精度の良好な光学素子
を押圧成形することができる、光学素子素材およびその
成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、カメラの撮像光学系や、複写機や
プリンタの露光光学系として使用される光学系におい
て、非球面レンズや非球面ミラーなど、非球面形状の光
学機能面を有する光学素子が多用されるようになってい
る。光学系に非球面を有する光学素子を使用すると、光
学系の収差修正の自由度を増加させることができるため
に光学性能の向上が図れるとともに、光学系を構成する
光学素子の使用枚数を削減でき、光学系の小型化や軽量
化が図れる。したがって、非球面形状を有する光学素子
の利用は、将来も、ますます増加されることが予想され
る。
【0003】このような非球面を有する光学素子の製造
方法として、ガラスプリフォームを加熱軟化させた後、
軟化状態のまま成形して、光学機能面を得る光学素子の
製造方法(ガラスモールド法)が既に提唱されており、
特に、近年では、ガラスモールド法を用いたレンズ成形
の自動化ラインも提供されており、レンズの低コスト化
に寄与している。
【0004】さらに、上述のガラスモールド法を用い
て、複数の高精度の光学機能面や取り付け基準面を必要
とする非軸対象形状の光学素子を成形する需要が増えて
きた。それに伴い、金型形状も複雑になり、金型を、一
体加工で構成しきれない場合は、加工できるように、型
を分割する必要があり、複数の金型を組み合わせた型を
用いて、成形しなければならない。このような複数の金
型を組み合わせた型を用いて成形する場合、ガラスが型
相互の接合個所での隙間に入り込まないように注意しな
ければならない。そこで、特開平5−301723号公
報に記載のように、光学素子素材の容量バラツキを許容
させ、型に充填させすぎないようにするために、面取り
を施したりすることはあった。しかしながら、近年にお
けるカメラの小型化に伴い、それに使用する光学素子の
小型も要求されている。それ故に、非光学機能面を大き
く確保する上で、型への、ガラスの完全充填がなされな
いようにするために、単に抜きテーパをつけるだけで
は、対応できなくなってきた。
【0005】また、公知技術として、特開平10−10
1346号公報に記載のように、光学素子素材を型に置
くときの位置決め手段として、端部にテーパ面をつける
こともあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、光学部
品の小型化の需要に伴い、非光学機能部や取り付け基準
などの、機能部以外の個所は、できる限り小さくする必
要がある。さらに、光学素子を製品に取り付けるための
位置基準や、保持するための部分も、できる限り小さく
しなければならない。しかしながら、ガラスを型へ完全
充填させると、光学素子の形状の複雑化に伴い、型形状
も複雑化しているので、複数の型を組み合わせた型を用
いた場合、隙間にガラスが入り込み、割れや欠けが発生
するだけでなく、光学機能面の精度にも影響を及ぼす。
【0007】そこで、光学機能面については精度を確保
し、可能な限り非機能部を小さくしなければならない
が、単純に同一量の面取りを成形前の素材に施しただけ
では、成形時の、光学素子の稜部への、素材の充填具合
が一定にならないので、非光学機能部を大きくせざるを
得なかった。このため、光学素子素材の面取り形状にも
工夫を施し、非光学機能部を最小限にしつつ、生産性も
確保するという新たな課題がでてきた。
【0008】特に、光学機能面を複数もった多面体成形
品においては、軸対象形状ではないので、ガラスの充填
度合いが、部分的に異なり易くなる。それ故に、前記課
題を解決することが、より重要である。
【0009】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、成形前の光学素子素材の稜部(エッジ部)を面取
りする場合に、成形したときに充填不足が起こることが
予想される部分の面取り量を相対的に少なくし、それぞ
れの部位に適した面取り量とすることにより、可能な限
り、非光学機能部を小さくすることができる形状に、光
学素子素材を構成すること、また、それを用いること
で、高精度の光学素子を形成する方法を提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
光学素子素材を加熱・軟化し、上型と下型で押圧して、
成形加工する光学素子成形方法において使用される光学
素子素材であって、成形前の光学素子素材は、その稜部
の面取り量(形状)が、光学素子素材を成形する際の成
形型のキャビティにおける所要のガラス充填度を得るよ
うに、予め、シミュレーションによって得た結果で設定
される、部分的変化を持っていることを特徴とする。
【0011】この場合、成形前の光学素子素材は、その
稜部が段加工になっていること、また、その稜部が段加
工になっていて、かつ、段の幅あるいは高さの少なくと
も一方が部分的に変化していること、更には、光学素子
素材を加熱・軟化し、上型、下型および側面を成形する
型で押圧して、成形加工する多面体成形方法において使
用される光学素子素材であって、成形前の光学素子素材
は、その稜部の面取り量(形状)が変化していること
は、それぞれ、本発明の実施の形態として有効である。
【0012】また、本発明では、光学素子素材を加熱・
軟化し、上型と下型で押圧して、成形加工する光学素子
の成形方法であって、使用される成形前の光学素子素材
が、その稜部の面取り量(形状)が、光学素子素材を成
形する際の成形型のキャビティにおける所要のガラス充
填度を得るように、予め、シミュレーションによって得
た結果で設定される、部分的変化を持っており、この光
学素子成形素材を使用して成形することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明を、図示の実施の形
態に基づいて具体的に説明する。即ち、光学素子素材8
を加熱・軟化し、上型6と下型7で押圧して、成形加工
する光学素子成形方法において使用される光学素子素材
8であって、成形前の光学素子素材は、その稜部の面取
り量(形状)が、光学素子素材を成形する際の成形型の
キャビティにおける所要のガラス充填度を得るように、
予め、シミュレーションによって得た結果で設定され
る、部分的変化を持っている。
【0014】(実施の形態1)ここでは、図1に示すよ
うな非軸対称の内面反射光学系の成形を、具体例として
説明する。まず、ガラスモールド法によって、光学素子
素材が形成されるが、これには、従来のような軸対称の
レンズの場合に、ボール状に研磨したボールブランク、
板状に研磨し、外周を丸く加工した円盤状ブランク、成
形しようとするレンズに近似した形状に研磨加工した近
似球面レンズ、溶融ゴブなどが知られている。しかしな
がら、非軸対称形状の光学素子の成形では、複雑な光学
面形状を複数転写しなければならない。そのため、ここ
で用いる光学素子素材は、成形品に近似した形状でなけ
れば、全面を均等に転写できない。
【0015】この実施の形態において成形される素子
は、その形状が複雑であるから、図3、図4に示すよう
な、カーボン製の成形型を作成し、この中にブロック形
状などのガラスブランクを投入し、充分、加熱軟化し、
その上でプレス成形することにより、最終的に必要な光
学素子形状に非常に近い光学素子素材を得るのである。
【0016】このカーボン製の成形型は、NC加工機で
あるボールエンドミルを用いて、切削加工される。な
お、カーボン型において、最終的に成形した素子の稜線
2に対応する部分に、図5に示すように、全周幅:0.
5mm、高さ:0.5mmの、均一の段を設けた。この
型を用いて、図6、図7に示すような、稜部に段が付い
ている光学素子素材を得ることができる。
【0017】そして、図7に示す光学素子素材10を、
図8に示すような、高精度に面を加工し、鏡面状態に仕
上げた金型で成形したところ、図9に示すように、光学
素子の角部の充填が不十分となってしまった。この光学
素子において、この部分は、素子を保持するために用い
られる部分であるから、不良品となってしまう。
【0018】そこで、本発明では、図10、図12に示
すように、カーボン製の成形型7における角部のところ
だけ、角方向に向かって、大きく削り取り、隅部のみ、
段の幅を狭くした(図10の符号21を参照)。このカ
ーボン製の成形型を用いて作られた光学素子成形素材2
5を用いて、光学素子を成形したところ、図9の符号2
0に示すような充填不足は見られず、図16の符号28
に示すように、全周において均一な充填度になり、良品
を得ることができた。
【0019】(実施の形態2)次に、図8に示すよう
に、複数の型を組み合わせた型を用いた場合、組み合わ
せた成形型の繋ぎ部分(接合部分)全てについて、成形
時にて、ガラスが完全充填され、隙間に入り込まないよ
うにするために、成形時に、成形型の繋ぎ部分に位置す
る光学素子素材の部分に、溝を施した。具体的には、図
13に示すように、カーボン製の成形型の対応部分に段
を付けた。さらに、実施の形態1と同様に、光学素子素
材の溝相互が重なり合うところは、充填不足になり易い
ので、図11、図13に示すように、段の幅を狭くし
た。後は、実施の形態1と同様にして、光学素子素材
(図15を参照)を得て、同様の方法で、最終形状に成
形したところ、良好な光学素子を得ることができた。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学素子
素材を用いれば、成形型の、如何なる部分にも、適度に
カラス素材の充填が図れる。さらに、ここでは、割れや
欠けの生じにくいので、量産性が良くなる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる光学素子の断面図である。
【図2】同じく、光学素子の斜視図である。
【図3】本発明に係わるカーボン製の成形型の斜視図で
ある。
【図4】同じく、カーボン製の成形型の断面図である。
【図5】同じく、成形型の下型の拡大斜視図である。
【図6】同じく、成形型の下型を上から見た図である。
【図7】光学素子素材である。
【図8】光学素子成形用型である。
【図9】成形品の角部の図である。
【図10】本発明に係わる実施の形態1における、カー
ボン製の成形型を上から見た詳細図である。
【図11】同じく、実施の形態2における、カーボン製
の成形型を上から見た詳細図である。
【図12】本発明の実施例1における下型の斜視図であ
る。
【図13】本発明の実施例2における下型の斜視図であ
る。
【図14】本発明の実施の形態1での成形型で成形され
た光学素子素材の斜視図である。
【図15】本発明の実施の形態2での成形型で成形され
た光学素子素材の斜視図である。
【図16】上述の、実施の形態例1および2における成
形品の斜視図である。
【符号の説明】
1 光線の光路 2 成形品の上側の稜部 3 ガラスの型からのはみ出し部 4 成形品の下側の稜部 5 カーボン型(胴型) 6 カーボン型(上型) 7 カーボン型(下型) 8 カーボン型成形用素材 9 カーボン型の稜部における段部 10 カーボン型によって成形された光学素子素材 11 上胴型 12 下胴型 13 下型A 14 下型B 15 下型C 16 上型A 17 上型B 18 上型C 19 成形された光学素子 20 成形された光学素子の角部 21 カーボン製の成形型での、稜部の加工部分 22 カーボン製の成形型での、稜部の加工部分 23 カーボン製の成形型(下型) 24 カーボン製の成形型(下型) 25 光学素子成形素材 26 光学素子成形素材 27 成形された光学素子 28 成形された光学素子の角部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学素子素材を加熱・軟化し、上型と下
    型で押圧して、成形加工する光学素子成形方法において
    使用される光学素子素材であって、成形前の光学素子素
    材は、その稜部の面取り量(形状)が、光学素子素材を
    成形する際の成形型のキャビティにおける所要のガラス
    充填度を得るように、予め、シミュレーションによって
    得た結果で設定される、部分的変化を持っていることを
    特徴とする光学素子素材。
  2. 【請求項2】 光学素子素材を加熱・軟化し、上型と下
    型に押圧して、成形加工する光学素子の成形方法におい
    て使用される光学素子素材であって、成形前の光学素子
    素材は、その稜部が段加工になっていることを特徴とす
    る請求項1に記載の光学素子素材。
  3. 【請求項3】 光学素子素材を加熱・軟化し、上型と下
    型に押圧して、成形加工する光学素子の成形方法におい
    て使用される光学素子素材であって、成形前の光学素子
    素材は、その稜部が段加工になっていて、かつ、段の幅
    あるいは高さの少なくとも一方が部分的に変化している
    ことを特徴とする請求項2に記載の光学素子素材。
  4. 【請求項4】 光学素子素材を加熱・軟化し、上型、下
    型および側面を成形する型で押圧して、成形加工する多
    面体成形方法において使用される光学素子素材であっ
    て、成形前の光学素子素材は、その稜部の面取り量(形
    状)が変化していることを特徴とする請求項1〜3の何
    れか1項に記載の光学素子素材。
  5. 【請求項5】 光学素子素材を加熱・軟化し、上型と下
    型で押圧して、成形加工する光学素子の成形方法であっ
    て、使用される成形前の光学素子素材が、その稜部の面
    取り量(形状)が、光学素子素材を成形する際の成形型
    のキャビティにおける所要のガラス充填度を得るよう
    に、予め、シミュレーションによって得た結果で設定さ
    れる、部分的変化を持っており、この光学素子成形素材
    を使用して成形することを特徴とする光学素子の成形方
    法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010195603A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Nikon Corp ガラス成形型およびガラス成形体の製造方法
US20200339463A1 (en) * 2018-04-17 2020-10-29 Okamoto Glass Co., Ltd. Mold for molding glass-made optical component and method for manufucturing glass-made optical component using mold

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